बेसिक इलेक्ट्रॉनिक्स - कैपेसिटर
एक संधारित्र एक निष्क्रिय घटक है जो अपनी प्लेटों के बीच संभावित अंतर के रूप में ऊर्जा को संग्रहीत करने की क्षमता रखता है। यह वोल्टेज में अचानक परिवर्तन का विरोध करता है। चार्ज को दो प्लेटों के बीच संभावित अंतर के रूप में संग्रहित किया जाता है, जो चार्ज स्टोरेज की दिशा के आधार पर सकारात्मक और नकारात्मक बनता है।
इन दोनों प्लेटों के बीच एक गैर-संवाहक क्षेत्र मौजूद होता है जिसे कहा जाता है dielectric। यह ढांकता हुआ वैक्यूम हो सकता है, हवा, अभ्रक, कागज, चीनी मिट्टी, एल्यूमीनियम आदि। संधारित्र का नाम ढांकता हुआ उपयोग किया जाता है।
प्रतीक और इकाइयाँ
समाई के लिए मानक इकाइयाँ फैराड्स हैं। आमतौर पर, उपलब्ध कैपेसिटर के मूल्य माइक्रो-फ़्लाड्स, पिको-फेराड्स और नैनो-फ़ॉरैड्स के क्रम में होंगे। संधारित्र का प्रतीक नीचे दिखाया गया है।
संधारित्र का संधारित्र प्लेटों के बीच की दूरी के लिए आनुपातिक होता है और प्लेटों के क्षेत्र के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इसके अलावा, किसी सामग्री की पारगम्यता जितनी अधिक होगी, उतनी ही उच्च समाई होगी। permittivityएक माध्यम बताता है कि उस माध्यम में प्रति यूनिट चार्ज कितना विद्युत प्रवाह उत्पन्न हो रहा है। निम्नलिखित छवि कुछ व्यावहारिक कैपेसिटर दिखाती है।
जब दो प्लेटों में समान क्षेत्र A, और समान चौड़ाई को एक दूसरे के समानांतर दूरी d के पृथक्करण के साथ रखा जाता है, और यदि प्लेटों में कुछ ऊर्जा लगाई जाती है, तो उस समानांतर प्लेट संधारित्र की धारिता को इस प्रकार कहा जा सकता है -
$$ सी \: \: = \: \: \ frac {\ varepsilon_ {0} \: \: \ varepsilon_ {r} \: \: d} {A} $$
कहाँ पे
C = संधारित्र का संधारित्र
$ \ varepsilon_ {0} $ = मुक्त स्थान की पारगम्यता
$ \ varepsilon_ {r} $ = ढांकता हुआ माध्यम की पारगम्यता
d = प्लेटों के बीच की दूरी
A = दो संवाहक प्लेटों का क्षेत्र
कुछ वोल्टेज के साथ, चार्ज संधारित्र की दो समानांतर प्लेटों पर जमा होता है। यह आवेश जमाव धीरे-धीरे होता है और जब संधारित्र में वोल्टेज लागू वोल्टेज के बराबर होता है, तो चार्ज रुक जाता है, क्योंकि वोल्टेज में प्रवेश वोल्टेज छोड़ने के बराबर होता है।
चार्जिंग की दर समाई के मूल्य पर निर्भर करती है। समाई का अधिक से अधिक मूल्य, प्लेटों में वोल्टेज के परिवर्तन की दर को धीमा करता है।
एक संधारित्र का कार्य करना
एक संधारित्र को दो-टर्मिनल निष्क्रिय घटक के रूप में समझा जा सकता है जो विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करता है। यह विद्युत ऊर्जा इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में संग्रहीत होती है।
प्रारंभ में, संधारित्र की दो प्लेटों पर नकारात्मक और सकारात्मक आरोप संतुलन में हैं। संधारित्र को चार्ज करने या छुट्टी देने की कोई प्रवृत्ति नहीं है। ऋणात्मक आवेश इलेक्ट्रॉनों के संचय से बनता है, जबकि धनात्मक आवेश इलेक्ट्रॉनों के घटने से बनता है। जैसा कि बिना किसी बाहरी शुल्क के होता है, यह राज्य हैelectrostaticस्थिति। नीचे दिया गया आंकड़ा संधारित्र को स्थिर आवेशों के साथ दिखाता है।
एसी आपूर्ति के अलग-अलग सकारात्मक और नकारात्मक चक्रों के अनुसार इलेक्ट्रॉनों का संचय और कमी, "उच्च प्रवाह" के रूप में समझा जा सकता है। इसे कहा जाता हैDisplacement Current। इस वर्तमान प्रवाह की दिशा एसी के रूप में बदलती रहती है।
एक संधारित्र का चार्ज
जब एक बाहरी वोल्टेज दिया जाता है, तो विद्युत आवेश इलेक्ट्रोस्टैटिक आवेश में परिवर्तित हो जाता है। यह तब होता है जब संधारित्र चार्ज हो रहा है। आपूर्ति की सकारात्मक क्षमता, संधारित्र की सकारात्मक प्लेट से इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करती है, जिससे यह अधिक सकारात्मक हो जाता है। जबकि आपूर्ति की नकारात्मक क्षमता, इलेक्ट्रॉनों को संधारित्र की नकारात्मक प्लेट पर मजबूर करती है, जिससे यह अधिक नकारात्मक हो जाता है। नीचे दिया गया आंकड़ा यह बताता है।
चार्ज करने की इस प्रक्रिया के दौरान, इलेक्ट्रॉन डीसी आपूर्ति के माध्यम से चलते हैं लेकिन इसके माध्यम से नहीं dielectric जो एक है insulator। यह विस्थापन बड़ा है, जब संधारित्र चार्ज करना शुरू कर देता है लेकिन चार्ज होने के साथ कम हो जाता है। कैपेसिटर तब चार्ज करना बंद कर देता है जब संधारित्र में वोल्टेज आपूर्ति वोल्टेज के बराबर होता है।
आइए देखें कि जब संधारित्र चार्ज होने लगता है तो ढांकता हुआ का क्या होता है।
ढांकता हुआ व्यवहार
जैसे ही संधारित्र की प्लेटों पर शुल्क जमा होता है, एक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र बनता है। इस इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की ताकत प्लेट पर आवेश के परिमाण और ढांकता हुआ पदार्थ की पारगम्यता पर निर्भर करती है।Permittivity ढांकता हुआ का माप है कि यह इलेक्ट्रोस्टैटिक लाइनों को कितनी दूर से गुजरने की अनुमति देता है।
ढांकता हुआ वास्तव में एक इन्सुलेटर है। इसमें परमाणुओं की सबसे बाहरी कक्षा में इलेक्ट्रॉन होते हैं। आइए हम देखें कि वे कैसे प्रभावित होते हैं। जब प्लेटों पर कोई चार्ज नहीं होता है, तो ढांकता हुआ इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉनों को वृत्ताकार कक्षा में ले जाते हैं। यह नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है।
जब चार्ज डिपॉजिट होता है, तो इलेक्ट्रॉन सकारात्मक चार्ज प्लेट की ओर बढ़ते हैं, लेकिन फिर भी वे चित्र में दिखाए अनुसार घूमते रहते हैं।
यदि चार्ज अधिक बढ़ जाता है, तो कक्षाओं का विस्तार अधिक होता है। लेकिन अगर यह अभी भी बढ़ता है, तो ढांकता हुआbreaks downसंधारित्र को छोटा करना। अब, संधारित्र पूरी तरह से चार्ज किया जा रहा है, यह छुट्टी पाने के लिए तैयार है। यह पर्याप्त है यदि हम उन्हें नकारात्मक से सकारात्मक प्लेट तक यात्रा करने के लिए एक मार्ग प्रदान करते हैं। किसी भी बाहरी आपूर्ति के बिना इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह होता है क्योंकि एक तरफ बहुत सारे इलेक्ट्रॉनों की संख्या होती है और दूसरी तरफ किसी भी इलेक्ट्रॉनों की होती है। इस असंतुलन द्वारा समायोजित किया जाता हैdischarge संधारित्र का।
इसके अलावा, जब एक डिस्चार्ज पथ पाया जाता है, तो ढांकता हुआ पदार्थ में परमाणु अपने सामान्य पर पहुंच जाते हैं circular orbitऔर इसलिए इलेक्ट्रॉनों को छुट्टी पाने के लिए मजबूर करता है। इस तरह का निर्वहन कैपेसिटर को थोड़े समय में उच्च धाराओं को वितरित करने में सक्षम बनाता है, जैसे कि एक कैमरा फ्लैश में।
रंग कोडिंग
एक संधारित्र के मूल्य को जानने के लिए, इसे आमतौर पर नीचे के रूप में लेबल किया जाता है -
n35 = 0.35nF या 3n5 = 3.5nF या 35n = 35nF और इतने पर।
कभी-कभी अंकन 100K के समान होगा जिसका अर्थ है, k = 1000pF। तब मान 100 × 1000pF = 100nF होगा।
हालांकि इन संख्या चिह्नों का उपयोग अब-एक-दिन के लिए किया जा रहा है, कैपेसिटर के मूल्यों को समझने के लिए एक अंतर्राष्ट्रीय रंग कोडिंग योजना बहुत पहले विकसित की गई थी। रंग कोडिंग संकेत नीचे दिए गए हैं।
| बैंड का रंग | अंक ए और बी | गुणक | सहिष्णुता (टी)> 10 पी एफ | सहिष्णुता (टी) <10pf | तापमान गुणांक |
|---|---|---|---|---|---|
| काली | 0 | × १ | ± 20% | ± 2.0pF | |
| भूरा | 1 | × 10 | ± 1% | ± 0.1pF | -33 × 10 -6 |
| लाल | 2 | × १०० | ± 2% | ± 0.25pF | -75 × 10 -6 |
| संतरा | 3 | × 1,000 | ± 3% | -150 × 10 -6 | |
| पीला | 4 | × 10,000 | ± 4% | -220 × 10 -6 | |
| हरा | 5 | × 100,000 | ± 5% | ± 0.5pF | -330 × 10 -6 |
| नीला | 6 | × 1,000000 | -470 × 10 -6 | ||
| बैंगनी | 7 | -750 × 10 -6 | |||
| धूसर | 8 | × 0.01 | + 80%, -20% | ||
| सफेद | 9 | × 0.1 | ± 10% | ± 1.0pF | |
| सोना | × 0.1 | ± 5% | |||
| चांदी | × 0.01 | ± 10% |
इन संकेतों का उपयोग कैपेसिटर के मूल्य की पहचान करने के लिए किया गया था।
इन पांच बैंड कैपेसिटर में, पहले दो बैंड अंक का प्रतिनिधित्व करते हैं, तीसरा एक गुणक को दर्शाता है, सहिष्णुता के लिए चौथा और पांचवा वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करता है। कलर कोडिंग प्रक्रिया को समझने के लिए एक उदाहरण देखते हैं।
Example 1 - एक रंग कोड पीला, बैंगनी, नारंगी, सफेद और लाल रंग के साथ एक संधारित्र का मूल्य निर्धारित करें।
Solution- पीले रंग का मूल्य 4 है, बैंगनी 7 है, नारंगी 3 है जो गुणक का प्रतिनिधित्व करता है। व्हाइट ± 10 है जो सहिष्णुता मूल्य है। रेड वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करता है। लेकिन वोल्टेज रेटिंग को जानने के लिए, हमें एक और तालिका मिली है, जिसमें से विशेष बैंड जिसमें यह संधारित्र है, को जानना होगा।
इसलिए संधारित्र का मान 47nF, 10% 250v (V बैंड के लिए वोल्टेज) है
निम्न तालिका से पता चलता है कि कैपेसिटर किस बैंड से संबंधित है, उसके आधार पर वोल्टेज कैसे निर्धारित किया जाता है।
| बैंड का रंग | वोल्टेज रेटिंग (V) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| TYPE J | TYPE K | TYPE L | TYPE M | TYPE N | |
| काली | 4 | 100 | 10 | 10 | |
| भूरा | 6 | 200 | 100 | 1.6 | |
| लाल | 10 | 300 | 250 | 4 | 35 |
| संतरा | 15 | 400 | 40 | ||
| पीला | 20 | 500 | 400 | 6.3 | 6 |
| हरा | 25 | 600 | 16 | 15 | |
| नीला | 35 | 700 | 630 | 20 | |
| बैंगनी | 50 | 800 | |||
| धूसर | 900 | 25 | 25 | ||
| सफेद | 3 | 1000 | 2.5 | 3 | |
| सोना | 2000 | ||||
| चांदी | |||||
इस तालिका की मदद से, कैपेसिटर के प्रत्येक बैंड के लिए वोल्टेज रेटिंग दिए गए रंग के अनुसार जानी जाती है। वोल्टेज रेटिंग का प्रकार भी कैपेसिटर के प्रकार को इंगित करता है। उदाहरण के लिए, TYPE J वाले डायप्ड टैंटलम कैपेसिटर हैं, TYPE K वाले मीका कैपेसिटर हैं, TYPE L वाले पॉलीस्टीरेन कैपेसिटर हैं, TYPE M वाले इलेक्ट्रोलाइटिक बैंड 4 कैपेसिटर हैं और TYPE N वाले इलेक्ट्रोलाइटिक बैंड 3 कैपेसिटर हैं। इन दिनों, रंग कोडिंग को कैपेसिटर के मूल्य के सरल मुद्रण द्वारा बदल दिया गया है जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है।
कैपेसिटिव रिएक्शन
यह एक महत्वपूर्ण शब्द है। कैपेसिटिव रिएक्टेंस एक संधारित्र द्वारा प्रत्यावर्ती धारा प्रवाह या बस एसी करंट द्वारा प्रस्तुत विपक्ष है। एक संधारित्र वर्तमान के प्रवाह में परिवर्तन का विरोध करता है और इसलिए यह कुछ विरोध को दर्शाता है जिसे कि करार दिया जा सकता हैreactance, क्योंकि इनपुट वर्तमान की आवृत्ति को इसके प्रतिरोध के साथ भी माना जाना चाहिए।
Symbol: XC
विशुद्ध रूप से कैपेसिटिव सर्किट में, करंट IC leads लागू वोल्टेज 90 ° से
कैपेसिटर का तापमान गुणांक
में अधिकतम परिवर्तन Capacitanceएक संधारित्र, एक निर्दिष्ट तापमान सीमा पर, एक संधारित्र के तापमान गुणांक से जाना जा सकता है। यह बताता है कि जब तापमान एक निश्चित बिंदु से अधिक हो जाता है, तो एक संधारित्र के समाई में परिवर्तन हो सकता है जिसे समझा जा सकता हैtemperature coefficient of capacitors।
सभी कैपेसिटर आमतौर पर 25 डिग्री सेल्सियस के संदर्भ तापमान को देखते हुए निर्मित होते हैं। इसलिए कैपेसिटर के तापमान गुणांक को इस मान के ऊपर और नीचे के तापमान के मूल्यों के लिए माना जाता है।